【正文】 ....................................................................................... 23 熱量計(jì)算 ........................................................................................................... 23 調(diào)溫水加熱器的物料與熱量衡算 ...................................................................... 24 I 年產(chǎn)十五萬噸合成氨工藝設(shè)計(jì) 摘要 ： 氨是重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。合成氨生產(chǎn)經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)展成為一種成熟的化工生產(chǎn)工藝。 本設(shè)計(jì)是 以天然氣為原料年產(chǎn)十五萬噸合成氨的 工藝 設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)采用的工藝流程簡(jiǎn)介：天然氣經(jīng)過脫硫壓縮進(jìn)入二段轉(zhuǎn)化爐，由二段轉(zhuǎn)化爐來的轉(zhuǎn)化氣，經(jīng)過廢熱鍋爐從 910℃ 降到 310℃ ，并在廢熱鍋爐加水增加汽氣比，然后進(jìn)入中溫變換爐，在 300℃到 370℃ 之間以及 催化劑的作用下 CO 和水蒸氣反生成 H2 和 CO2，使 CO 含量 ≤3％，再經(jīng)過低變爐反應(yīng)使 CO 含量 ≤％ ，然后去甲烷化工序。 本設(shè)計(jì)主要通過對(duì)中溫變換爐和低溫變換爐的物料衡算、熱量衡算、平衡曲線、操作線及空速的計(jì)算，得到中溫變換爐每小時(shí)生產(chǎn) ，中溫變換爐的直徑為 3500mm，塔的高度為 12420mm；同時(shí)對(duì)工藝流程主要設(shè)備廢熱鍋爐、主換熱器和溫水調(diào)節(jié)器的物料衡算和熱量衡算也進(jìn)行的計(jì)算，并根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)做了變換工序 帶控制點(diǎn)的工藝流程圖。 關(guān)鍵字 ：合成氨；天然氣；變換；一氧化碳 II Process design of synthetic ammonia of 150kt/a Abstract： Ammonia is the most important one of basic chemical products, playing an important role in the national economy. Ammonia production after years of development, now has developed into a mature chemical production processes. Brief introduction to the process design: Natural gas get into the Second reformer after the desulphurization he pression, gas conversion by the Second reformer conversion of gas from 910 ℃ to 310 ℃ through the waste heat boiler， and the steam gas ratio is increased in the waste heat boiler water, then it enters the temperature transform furnace,carbon monoxide and water vapor reacts with the Hydrogen and Carbon dioxide In 300 ℃ to 370 ℃ and under the effect of catalyst,and making the carbon monoxide content of 3% or less,reaction of the content of carbon monoxide decreased to % after low temperature shift furnace ,then goes to methane chemical order. This design get temperature transform furnace production per hour ammonia,mainly through the calculation of material balance of medium temperature transformation furnace and low temperature shift furnace, heat balance, equilibrium curve, operating line and space velocity, medium temperature transformation furnace is 3500mm in diameter, and the height of the tower is 12420mm。 at the same time, the material balance of process flow, main equipment of waste heat boiler and heat exchanger and warm water regulator calculation and heat balance is done, the process flow diagram and transformation process with the control points according to the design task. Keywords: Synthetic Ammonia。 natural gas。 transformation。 carbon monoxide 引言 氨是重要的無機(jī)化工產(chǎn)品之一，合成氨工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。除液氨可直接作為肥料外，農(nóng)業(yè)上使用的氮肥，例如尿素、硝酸銨、磷酸銨、氯化銨以及各種含氮復(fù)合肥，都是以氨為原料的。 氨是重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品之一， 在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中 3 占有重要地位。 合成氨生產(chǎn)經(jīng)過多年的發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)展成為一種成熟的化工生產(chǎn)工藝。 因此 設(shè)計(jì)一套年產(chǎn) 15 萬噸合成氨的生產(chǎn)工藝流程，主要采用中串低變換的生產(chǎn)工藝進(jìn)行分析，對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增大產(chǎn)品產(chǎn)率，為年產(chǎn)15 萬噸合成氨一氧化碳變換生產(chǎn)工藝設(shè)備的投產(chǎn)提供理論 上的支持。 通過對(duì)現(xiàn)有資料中合成氨生產(chǎn)工藝的分析研究及比較并在廣泛查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，選擇采用通過以天然氣為原料合成氨的生產(chǎn)。結(jié)合生產(chǎn)要求及標(biāo)準(zhǔn)，利用所學(xué)專業(yè)知識(shí)對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行優(yōu)化，確定設(shè)計(jì)所用的天然氣原料及設(shè)備類型，利用化工原理中所涉及的物料衡算等相關(guān)知識(shí)，得出設(shè)備所需的具體參數(shù)及最佳操作條件，計(jì)算所用物料量及所得產(chǎn)品產(chǎn)量，確定設(shè)備規(guī)格進(jìn)行設(shè)備的設(shè)計(jì)以得到最佳產(chǎn)品，并根據(jù)整個(gè)工藝要求及特點(diǎn)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。 結(jié)合自己所學(xué)專業(yè)知識(shí)，并參考萬方數(shù)據(jù)庫(kù)、中國(guó)知網(wǎng)、維普等數(shù)據(jù)庫(kù)中所查資料的論證，得該工藝 方法可行，并在老師的指導(dǎo)下后期的設(shè)計(jì)等工作可以順利完成，手工工藝流程圖、 CAD 圖也能符合設(shè)計(jì)要求。 通過物料衡算和熱量衡算等具體計(jì)算，進(jìn)而得到該工藝的主要設(shè)備參數(shù)，畫成設(shè)備圖紙及帶控制點(diǎn)的工藝流程圖紙，并提交設(shè)計(jì)說明書一份，順利完成年產(chǎn) 15 萬噸合成氨變換工段生產(chǎn)工藝的畢業(yè)設(shè)計(jì)。 合成氨是大宗化工產(chǎn)品之一，世界每年合成氨產(chǎn)量已達(dá)到 1 億噸以上，主要用來生產(chǎn)氮肥，還有少量用于制造硝酸、純堿、含氮無機(jī)鹽、制藥、氨基塑料、聚酰胺、丁腈橡膠等產(chǎn)品，亦廣泛用于制冷凍劑。因此根據(jù)我國(guó)合成氨生產(chǎn)能力和產(chǎn)量的需求，提高合成氨的 自動(dòng)化生產(chǎn)水平，在現(xiàn)有工藝條件下，發(fā)揮優(yōu)化控制的優(yōu)勢(shì)，使整個(gè)生產(chǎn)長(zhǎng)期運(yùn)行在最佳狀態(tài)下，同時(shí)，優(yōu)化系統(tǒng)的應(yīng)用還能節(jié)約原材料消耗，降低能源消耗，提高產(chǎn)品的合格率，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，以確保我國(guó)合成氨市場(chǎng)健康有序的發(fā)展。 第一章 綜述 氨的性質(zhì)、用途及重要性 氨的性質(zhì) 氨分子式為 NH3，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下是無色氣體，比空氣輕，具有特殊的刺激 4 性臭味。人們?cè)诖笥?100cm3/m3 氨的環(huán)境中，每天接觸 8 小時(shí)會(huì)引起慢性中毒。 氨的主要物理性質(zhì)有：極易溶于水，溶解時(shí)放出大量的熱。氨水溶液呈堿性，易揮發(fā)。 液氨和干燥的氨氣對(duì)大部分物質(zhì)沒有腐蝕性，但在有水的條件下，對(duì)銅、銀、鋅等金屬有腐蝕作用。 氨的化學(xué)性質(zhì)有：在常溫下相當(dāng)穩(wěn)定，在高溫、電火花或紫外光的作用下可分解為氮和氫。具有可燃性，自然點(diǎn)為 630℃ ，一般較難點(diǎn)燃。氨與空氣或氧的混合物在一定范圍內(nèi)能夠發(fā)生爆炸。氨的性質(zhì)比較活潑，能與各種無機(jī)酸反應(yīng)生成鹽。 氨的用途及在國(guó)民生產(chǎn)中的作用 氨是重要的無機(jī)化工產(chǎn)品之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。合成氨指由氮 和 氫 在高溫高壓和催化劑存在下直接合成的氨。世界上的氨除少量從焦?fàn)t氣中回收外，絕大部分是合成的氨。氨主要用于農(nóng)業(yè)，合成氨是我化肥工業(yè)的基礎(chǔ)，氨本身是最重要的氮素肥料，其他氮素肥料也大都是先合成氨，再加工成尿素或各種銨鹽肥料，這部分均占 70％ 的比例，稱之為 “化肥氨 ”[1]； 同時(shí)氨也是重要的無機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)工業(yè)基礎(chǔ)原料，用于生產(chǎn)銨、胺、染料、炸藥 、合成纖維、合成樹脂的原料，這部分約占 30％ 的比例，稱之為 “工業(yè)氨 ”。氨作為工業(yè)原料和氨化飼料，用量約占世界產(chǎn)量的 12％。硝酸、各種含氮的無機(jī)鹽及有機(jī)中間體、磺胺藥、聚氨酯、聚酰胺纖維和丁腈橡膠等都需直接以氨為原料生產(chǎn) [2]。液氨常用作制冷劑。合成氨是大宗化工產(chǎn)品之一，世界每年合成氨產(chǎn)量已達(dá)到 1 億噸以上，其中約有 80％ 的氨用來生產(chǎn)化學(xué)肥料， 20％ 作為其它化工產(chǎn)品的原料。氨作為最為重要的基礎(chǔ)化工產(chǎn)品之一，同時(shí)也是能源消耗的大戶，世界上大約有 10％ 的能源用于合成氨。 合成氨一氧化碳變換工序的工藝原理 合成氨的工藝流程簡(jiǎn)單介紹 合成氨的生產(chǎn)過程包括三個(gè)主要步驟：原料氣的制備、凈化和壓縮和合成。 (1)原料氣制備 將煤和天然氣等原料制成含氫和氮的粗原料氣。對(duì)于固體原料煤和焦炭，通常采用氣化的方法制取合成氣；渣油可采用非催化部分氧化的方法獲得合成氣；對(duì)氣態(tài)烴類和石腦油，工業(yè)中利用二段蒸汽轉(zhuǎn)化法制取合成氣。 (2)凈化 5 對(duì)粗原料氣進(jìn)行凈化處理，除去氫氣和氮?dú)庖酝獾碾s質(zhì)，主要包括脫硫過程、變換過程、脫碳過程以及氣體精制過程。 脫硫過程 ： 各種原料制取的粗原料氣，都含有一些硫和碳的氧化物，為了防止合成氨 生產(chǎn)過程催化劑的中毒，必須在氨合成工序前加以脫除，以天然氣為原料的蒸汽轉(zhuǎn)化法，第一道工序是脫硫，用以保護(hù)轉(zhuǎn)化催化劑，以重油和煤為原料的部分氧化法，根據(jù)一氧化碳變換是否采用耐硫的催化劑而確定脫硫的位置。工業(yè)脫硫方法種類很多，通常是采用物理或化學(xué)吸收的方法，常用的有低溫甲醇洗法 (Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法 (Selexol)等。 一氧化碳變換過程 [3]： 在合成氨生產(chǎn)中，各種方法制取的原料氣都含有 CO，其體積分?jǐn)?shù)一般為 12％ ～ 40％ 。合成氨需要的兩種組分是 H2 和 N2，因此需要除去合成氣中的 CO。變換反應(yīng) 如下： CO+H2O→H 2+CO2 ΔH=； 由于 CO 變換過程是強(qiáng)放熱過程，必須分段進(jìn)行以利于回收反應(yīng)熱，并控制變換段出口殘余 CO 含量。第一步是中溫變換，使大部分 CO 轉(zhuǎn)變?yōu)?CO2 和H2；第二步是低溫